JP4049608B2 - Capillary fastener for wire bonding equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置のワイヤボンディングに使用するキャピラリの締結具に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体素子の電極とパッケージのリード電極とを接続するワイヤボンディング作業には、金またはアルミニウムよりなる細線を先端から繰り出す細孔を備えたキャピラリが使用される。このキャピラリを使用したワイヤボンディング作業は、概略以下のようにして行われる。
【0003】
図3の(a)はワイヤボンディング装置の要部を示す図で、超音波振動伝達ホーンであるボンディングアーム11の先端部に設けたキャピラリ挿入孔11aに、中心部の貫通孔10aから金線12を繰り出すキャピラリ10を挿入した後、同図(b)に示すようにネジ13により半割部材11b、11cを締め付けることによってキャピラリ10を固定する。このキャピラリ10から繰り出した金線12の先端を電気トーチ(図示せず)との放電により溶融させて金球を形成する。つぎにキャピラリ10をヒータブロックによって加熱された半導体素子(図示せず)の電極上に降下させ、キャピラリ10により電極に超音波振動を加えながら金球を電極と接合する。ついでキャピラリ10をヒータブロックによって加熱されたインナーリード(図示せず)上に移動させ、キャピラリ10によりインナーリードに超音波振動を加えながら接合を行う。
【0004】
このようなワイヤボンディング作業に用いられるワイヤボンディング装置において、ボンディングアーム11にキャピラリ10を固定する方法は、図3の(b)に示すように、ボンディングアーム11の先端部にスリット11dを形成し、ネジ13を締め付けることにより半割部材11b,11cでキャピラリ挿入孔11aに挿入されたキャピラリ10を固定する方法が一般的である。なお、キャピラリ10の挿入位置とネジ13による締め付け位置が図3の場合と異なる別の例を図4の(a)に示している。この例では、ネジ13の締め付け位置がスリット11dの先端部となっている。
【0005】
しかし、これらのキャピラリ固定方法では、スリット11dをネジ13で締め込んでキャピラリ10を固定すると、キャピラリ10が支点となり、てこの原理によりスリット11dの先端または奥の部分が撓み、強く締め込むとさらに撓みが大きくなり、キャピラリ10の固定が安定しなくなる。スリット11dの撓みが大きくなるとキャピラリ10がボンディングアーム11に密着しなくなるため、超音波振動の伝達ロスが大きくなる。また、スリット11dの存在自体が、ボンディングアーム11とキャピラリ10との接合面積を減ずることになり、超音波振動の伝達効率が低下する原因となる。
【0006】
このような問題に対して、超音波振動伝達ホーンとキャピラリの密着性を高めるように改善されたキャピラリ固定方法が提案されている。たとえば特開平6−140457号公報には、キャピラリ挿入孔にネジ溝を形成し、硬化性樹脂を塗布したキャピラリをキャピラリ挿入孔に挿入し、ネジで締め付けて硬化性樹脂を介してキャピラリを接着固定する方法が記載されている。
【0007】
また特開平8−23012号公報には、キャピラリ挿通孔の中心を横切るように形成されたスリットが超音波振動伝達ホーンの軸中心に対してほぼ垂直となる構成として、超音波振動伝達ホーンとキャピラリの接合面積がスリットによって減じられないようにしたキャピラリの固定方法が記載されている。
【0008】
また特開平8−162507号公報には、超音波振動伝達ホーンの先端部に、キャピラリ挿通孔と、超音波振動伝達ホーンの先端から開口しキャピラリ挿通孔に貫通しているビス孔とを設け、キャピラリ挿通孔に挿通したキャピラリをビス孔からセットビスで固定することによって、超音波振動の方向と一致する方向でのキャピラリの遊びがなくなるようにしたキャピラリの固定方法が記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記の公開公報に記載のキャピラリ固定方法によれば、超音波振動の方向におけるキャピラリの固定の不安定さは幾分改善されるものの、キャピラリの固定力そのものはさして向上しない。この点を改善するものとして、近年は図4(b)に示す固定方法が採用されている。この固定方法は、図3(a)および図4(a)に示した固定方法の改良型に相当するもので、図3(a)および図4(a)に示す部材と同じ機能を果たす部材については同じ符号を付して説明は省略する。
【0010】
図4(b)に示す固定方法は、スリット11dを形成したボンディングアーム11の先端部に、キャピラリ挿通孔11aと直交する方向の貫通孔11eを形成し、この貫通孔11eに概略円筒状の2個の締結具本体14aと14bとからなる締結具14を挿通し、締結具14内にネジ13を締め込むことにより、締結具本体14aと14bとによりキャピラリ挿通孔11aに挿通されたキャピラリ10を超音波振動伝達方向およびそれと直角な方向に押し付けて固定する方法である。
【0011】
ボンディングアーム11の貫通孔11eには、締結具14の回転阻止用の平坦面11fが形成され、締結具本体14a,14bには貫通孔11eの平坦面11fに対応する平坦面14fが形成されている。また締結具本体14aの貫通孔にはネジ山は形成されてはおらず、締結具本体14bの貫通孔にはネジ13に対応するネジ山が形成され、さらにフランジ14gが形成されている。
【0012】
この固定方法において、締結具14はステンレス鋼製の部材が用いられている。ステンレス鋼にもある程度の耐摩耗性はあるが、ワイヤボンディング作業中は締結具には常時超音波振動が付加されているので、部材の摩耗が激しい。部材が摩耗するとキャピラリの固定能力が著しく低下する。これに対して、締結具とキャピラリの接する部位に硬質物質をコーティングすることが試みられたが、表面のみのコーティングでは摩耗を防止するには不充分であった。
【0013】
本発明はかかる問題に鑑みて、締結具を用いたキャピラリの固定に用いる締結具の耐摩耗性、とくにキャピラリと接する部分の耐摩耗性を高めることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体素子の電極とパッケージのリード電極とを接続するワイヤボンディング装置用キャピラリを、超音波振動伝達ホーンであるボンディングアームに固定するための締結具であり、スリットを形成した前記ボンディングアームの先端部に、キャピラリ挿入孔と直交する方向に形成された貫通孔に挿通された2つの締結具本体とからなり、前記締結具本体内にネジが締め込まれて前記キャピラリを前記ボンディングアームに固定する締結具であって、ステンレス鋼で製作された締結具本体の前記キャピラリと接する部分に、ステンレス鋼よりも強度の高い超硬合金からなる下層とダイヤモンド焼結体からなる上層を積層したことを特徴とする。
【0015】
キャピラリ固定用の締結具本体は従来と同様にステンレス鋼で製作されているが、本発明では締結具本体のキャピラリと接する部分に、ステンレス鋼よりも強度の高い超硬合金層を形成し、さらにその上にダイヤモンド焼結体層(以下、PCD層という)を積層する。超硬合金層およびPCD層を積層する範囲は、キャピラリと接する部分だけで十分ではあるが、その近傍も含めて積層することを妨げない。
【0016】
本発明の締結具では、締結具本体のキャピラリと接する部分に超硬合金層とPCD層が積層されているので、常時キャピラリと接している部分であっても摩耗が少なく、キャピラリは長期にわたり強固に固定される。キャピラリが強固に固定されることにより、ボンディングの精度が向上する。
【0017】
ここで、PCD層の厚さは0.1〜2.0mmとするのが望ましい。PCD層の厚さが0.1mmより薄いとPCD層の摩滅までの期間が短く、頻繁な交換が必要になる。PCD層の厚さを厚くすると、その分、PCD層のバックアップ層としての超硬合金層の厚さが薄くなり積層体の靱性が低下するので、PCD層の厚さを必要以上に厚くするのは好ましくない。ネジ部も含めた締結具本体の全体の寿命とのバランスからみて、PCD層の厚さは2.0mm以下で十分である。
【0018】
また、PCD層の表面粗さRzを0.5〜1.5μmとするのが好ましい。Rzが0.5μmより小さいとPCD層表面とキャピラリ表面との間の摩擦力が小さすぎて、キャピラリを固定する力が弱くなる。Rzが1.5μmより大きいと超音波振動伝達ホーンから伝わってくる超音波振動をキャピラリに正確に伝えられなくなる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、ワイヤボンディング装置用キャピラリを超音波振動伝達ホーンに固定するための締結具として図4の(b)に示した締結具に本発明を適用した実施形態について説明する。図1の(a)は本実施形態における締結具の斜視図、(b)は側面図であり、図2は締結具を用いたキャピラリ固定方法を説明するための分解斜視図である。
【0020】
本実施形態の締結具14を用いたキャピラリ10の固定方法は図4の(b)に示した固定方法と同様であり、スリット11dを形成したボンディングアーム11の先端部に、キャピラリ挿通孔11aと直交する方向の貫通孔11eを形成し、この貫通孔11eに概略円筒状の2個の締結具本体14aと14bとからなる締結具14を挿通し、締結具14内にネジ13を締め込むことにより、キャピラリ10を固定する方法である。
【0021】
キャピラリ10の固定は、図2に示すように、まず、キャピラリ10をキャピラリ挿通孔11aに挿通し、つぎに締結具本体14aと14bをそれぞれ対向させて貫通孔11eに挿通し、ワッシャ15を介してネジ13を締結具本体14aと14bの貫通孔に挿通し、締結具本体14bのネジ山にねじ込む。ネジ13を強くねじ込むことによって、半割部材11b,11cでキャピラリ10を締め付けるとともに、締結具本体14a,14bの端部に形成された斜面14hでキャピラリ10を締め付ける。これにより、キャピラリ10は超音波振動伝達方向およびそれと直角な方向に締め付けられて強固に固定される。
【0022】
締結具本体14a,14bには、ボンディングアーム11の貫通孔11eの平坦面11fに対応する平坦面14fが形成されており、これにより貫通孔11e内の締結具本体14a,14bの回転が阻止される。また締結具本体14aの貫通孔14iにはネジ山は形成されてはおらず、締結具本体14bの貫通孔14jにはネジ13に対応するネジ山14kが形成され、さらにフランジ14gが形成されている。
【0023】
以上の態様で使用される締結具本体14a,14bにおいて、締結具本体14a,14bのキャピラリ10と接する部分に、超硬合金からなる下層とダイヤモンド焼結体からなる上層を積層している。キャピラリ10と接する部分とは、図1において、締結具本体14a,14bの端部に形成された斜面14hとその周辺である。この斜面14hは、前出の図4(b)に示すように、ネジ13を締め付けることによって斜面14hでキャピラリ10を押圧することになり、同時にその周辺の一部(斜面14hの頂点に続く胴部の一部)14mもキャピラリ10と接触する。
【0024】
締結具本体14a,14bの材質はステンレス鋼であるが、斜面14hとその周辺の一部14mにステンレス鋼よりも強度の高い超硬合金層が形成され、さらにその上にPCD層が積層されている。ここで、締結具本体14a,14bの外径は2.6mmであり、超硬合金層の厚さは0.8mm、PCDの厚さは1.0mmである。PCD層の表面粗さRzは約1.0μmである。
【0025】
本実施形態の締結具14においては、キャピラリ10と接する部分に耐摩耗層が積層されているので、常時キャピラリ10と接している部分であっても摩耗が少なく、キャピラリ10は長期にわたり強固に固定される。キャピラリ10が強固に固定されることにより、ボンディングの精度が向上する。
【0026】
本発明の効果を確認するために、超硬合金層とPCD層からなる耐摩耗層を積層した本実施形態の締結具(発明品)と、耐摩耗層のない従来の締結具(従来品)を用いて、300日間の使用試験を行った。従来品は8〜10日で表面の面粗さが悪くなり、再研磨を必要としたのに対し、発明品では300日使用しても表面粗さは大きな変化はなかった。
【0027】
【発明の効果】
スリットを形成したボンディングアームの先端部に、キャピラリ挿入孔と直交する方向に形成された貫通孔に挿通された2つの締結具本体とからなり、締結具本体内にネジが締め込まれてキャピラリをボンディングアームに固定する締結具の、ステンレス鋼で製作された締結具本体の前記キャピラリと接する部分に、ステンレス鋼よりも強度の高い超硬合金からなる下層とダイヤモンド焼結体からなる上層を積層したことにより、常時キャピラリと接している部分であっても使用中の超音波振動による締結具の摩耗を抑制することができ、適正な表面粗さを長期間維持できるため、締結具の寿命が大幅に向上する。さらに、キャピラリが長期にわたり強固に固定されることにより、ボンディング回数とボンディング精度が顕著に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は本発明の実施形態における締結具の斜視図、(b)は側面図である。
【図2】 図1の締結具を用いたキャピラリ固定方法を説明するための分解斜視図である。
【図3】 従来のキャピラリ固定方法を説明するための図である。
【図4】 従来の別のキャピラリ固定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
10 キャピラリ
11 ボンディングアーム
11a キャピラリ挿通孔
11b,11c 半割部材
11d スリット
11e 貫通孔
11f 平坦面
13 ネジ
14 締結具
14a,14b 締結具本体
14f 平坦面
14g フランジ
14h 斜面
14i,14j 貫通孔
14k ネジ山
14m 周辺部
15 ワッシャ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capillary fastener used for wire bonding of a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In a manufacturing process of a semiconductor device, a capillary having a fine hole for drawing out a thin wire made of gold or aluminum from the tip is used for wire bonding work for connecting an electrode of a semiconductor element and a lead electrode of a package. The wire bonding operation using this capillary is generally performed as follows.
[0003]
FIG. 3A is a view showing a main part of the wire bonding apparatus. The
[0004]
In the wire bonding apparatus used for such wire bonding work, the method for fixing the capillary 10 to the
[0005]
However, in these capillary fixing methods, if the
[0006]
In order to solve such a problem, an improved capillary fixing method has been proposed which improves the adhesion between the ultrasonic vibration transmission horn and the capillary. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-140457, a screw groove is formed in a capillary insertion hole, a capillary coated with a curable resin is inserted into the capillary insertion hole, and tightened with a screw to fix the capillary through the curable resin. How to do is described.
[0007]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-23012 discloses an ultrasonic vibration transmission horn and a capillary having a configuration in which a slit formed so as to cross the center of the capillary insertion hole is substantially perpendicular to the axial center of the ultrasonic vibration transmission horn. A capillary fixing method is described in which the bonding area is not reduced by a slit.
[0008]
In JP-A-8-162507, a capillary insertion hole and a screw hole that opens from the tip of the ultrasonic vibration transmission horn and passes through the capillary insertion hole are provided at the tip of the ultrasonic vibration transmission horn. A method for fixing a capillary is described in which the capillary inserted through the capillary insertion hole is fixed with a set screw from the screw hole so that there is no play in the capillary in the direction that coincides with the direction of ultrasonic vibration.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
According to the capillary fixing method described in the above publication, the instability of capillary fixing in the direction of ultrasonic vibration is somewhat improved, but the capillary fixing force itself is not improved. In order to improve this point, a fixing method shown in FIG. 4B has been adopted in recent years. This fixing method corresponds to an improved version of the fixing method shown in FIGS. 3 (a) and 4 (a), and has the same function as the members shown in FIGS. 3 (a) and 4 (a). Are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0010]
In the fixing method shown in FIG. 4B, a through
[0011]
A
[0012]
In this fixing method, the
[0013]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to improve the wear resistance of a fastener used for fixing a capillary using the fastener, particularly the wear resistance of a portion in contact with the capillary.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a bonding tool for fixing a capillary for a wire bonding apparatus that connects an electrode of a semiconductor element and a lead electrode of a package to a bonding arm that is an ultrasonic vibration transmission horn , and the bonding arm having a slit formed therein. And two fastener bodies inserted into through holes formed in a direction orthogonal to the capillary insertion holes, and screws are tightened into the fastener bodies to attach the capillaries to the bonding arms. the fastener for fixing it, the portion in contact with the capillary of the fastener body which is made of stainless steel, were laminated layer consisting of a lower layer and the diamond sintered body made of hard metal higher strength than stainless steel It is characterized by.
[0015]
The fastener body for fixing the capillary is made of stainless steel as in the prior art, but in the present invention, a cemented carbide layer having a strength higher than that of stainless steel is formed on the portion of the fastener body that comes into contact with the capillary. A diamond sintered body layer (hereinafter referred to as a PCD layer) is laminated thereon. The range in which the cemented carbide layer and the PCD layer are laminated is sufficient only for the portion in contact with the capillary, but does not prevent the lamination including the vicinity thereof.
[0016]
In the fastener of the present invention, since the cemented carbide layer and the PCD layer are laminated on the portion of the fastener body that contacts the capillary, there is little wear even in the portion that is always in contact with the capillary, and the capillary is strong for a long time. Fixed to. Since the capillary is firmly fixed, bonding accuracy is improved.
[0017]
Here, the thickness of the PCD layer is preferably 0.1 to 2.0 mm. If the thickness of the PCD layer is less than 0.1 mm, the period until the PCD layer is worn is short, and frequent replacement is required. When the thickness of the PCD layer is increased, the thickness of the cemented carbide layer as a backup layer of the PCD layer is reduced correspondingly, and the toughness of the laminate is reduced. Therefore, the thickness of the PCD layer is increased more than necessary. Is not preferred. In view of the balance with the entire life of the fastener main body including the screw portion, the thickness of the PCD layer is 2.0 mm or less.
[0018]
Further, the surface roughness Rz of the PCD layer is preferably 0.5 to 1.5 μm. When Rz is smaller than 0.5 μm, the frictional force between the PCD layer surface and the capillary surface is too small, and the force for fixing the capillary is weak. When Rz is larger than 1.5 μm, the ultrasonic vibration transmitted from the ultrasonic vibration transmission horn cannot be accurately transmitted to the capillary.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to the fastener shown in FIG. 4B as a fastener for fixing the capillary for wire bonding apparatus to the ultrasonic vibration transmission horn will be described. FIG. 1A is a perspective view of a fastener in the present embodiment, FIG. 1B is a side view, and FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining a capillary fixing method using the fastener.
[0020]
The fixing method of the capillary 10 using the
[0021]
As shown in FIG. 2, the capillary 10 is fixed by first inserting the capillary 10 into the
[0022]
A
[0023]
In the fastener
[0024]
The
[0025]
In the
[0026]
In order to confirm the effect of the present invention, the fastener of the present embodiment (invention product) in which a wear-resistant layer composed of a cemented carbide layer and a PCD layer is laminated, and a conventional fastener without a wear-resistant layer (conventional product) A 300-day use test was conducted. The surface roughness of the conventional product deteriorated in 8 to 10 days and required re-polishing, whereas the surface roughness of the invention product did not change greatly even after 300 days of use.
[0027]
【The invention's effect】
It consists of two fastener bodies inserted through the through-holes formed in the direction perpendicular to the capillary insertion hole at the tip of the bonding arm in which the slit is formed, and screws are tightened into the fastener body. fasteners for securing the bonding arm, the capillary in contact with portions of the fastener body which is made of stainless steel, were laminated layer consisting of a lower layer and the diamond sintered body made of high strength cemented carbide than stainless steel This makes it possible to suppress the wear of the fastener due to ultrasonic vibration during use even at the part that is always in contact with the capillary, and maintain a proper surface roughness for a long period of time, greatly increasing the life of the fastener. To improve. Furthermore, since the capillary is firmly fixed over a long period, the number of bondings and the bonding accuracy are remarkably improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view of a fastener according to an embodiment of the present invention, and FIG.
2 is an exploded perspective view for explaining a capillary fixing method using the fastener of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional capillary fixing method.
FIG. 4 is a view for explaining another conventional capillary fixing method.
[Explanation of symbols]
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